狭义相对论:速度越快,时间越慢!具体是怎么推导出来的?( 二 )


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狭义相对论:速度越快,时间越慢!具体是怎么推导出来的?

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前面我们已经知道了c=2d'/t'=2d/t , 以上图为例 , S-S1-M1是直角三角形 。S-M1是斜边 , 其长度为d' , 两个直边为S-S2和M1-S1,其长度分别为vt'/2和d 。
?从时间膨胀公式依旧可以得到同样的结论 , 速度v越快 , 分母越小 , 房间内外的时间t和t'差异越大 。
所以房间内的时间和房间外的时间和长度都有一个对应的关系 , 那就是1/(1-v²/c²)½ , 这就是著名的洛伦兹因子 。这也是狭义相对论的基本公式 , 这些成果是洛伦兹完成的 , 当然洛伦兹本人并不是这样推导的 。洛伦兹虽然距离狭义相对论的大门近在咫尺 , 但是他心中永远有一层难以跨越的障碍 , 那就是无法放弃牛顿力学 , 因此他一直坚持以太学说 , 所以他对相对论的贡献也就到此为止 。
其实洛伦兹已经把狭义相对论数学基础打好了 , 那就是洛伦兹变换 。经典力学中要测量一个物体的运动 , 就必然要用到伽利略变换 。
伽利略变换首先有一个假设 , 那就是管你运动还是静止 , 你的时间和我的时间是完全同步的 , 没有谁快谁慢之说 。
严格来说 , 为啥要认定说洛伦兹变换是对的 , 而伽利略变换是错的 , 因为伽利略变换是由绝对时空观这种直觉观念衍生出来的 。不仅违背麦克斯韦的电磁理论预言的光速不变性 , 也违背了迈克尔逊莫雷的实验验证出的光速不变性 。而洛伦兹变换正是从事实出发 , 也就是从光速不变出发推导的 。
其实除了洛伦兹 , 还有一个人更接近狭义相对论 , 那就是庞加莱 , 亨利庞加莱1854年生于法国 , 是极具盛名的数学家和天体物理学家!
狭义相对论:速度越快,时间越慢!具体是怎么推导出来的?

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现在流行的科幻小说《三体》涉及的三个恒星相互环绕的问题 , 庞加莱早在130多年前就研究得很详细了 , 他还提出来著名的庞加莱猜想 , 认为宇宙只要在足够的时间内 , 总是会回到最初的状态 。庞加莱是最早怀疑牛顿的绝对时空观的人之一 。他早爱因斯坦八年 , 用理论否定了空间的绝对性 , 并提出空间的相对性 , 甚至早已爱因斯坦一个月发表了狭义相对论的基础论文 , 也就是《论电子动力学》 。洛伦兹变换也是庞加莱命名的 。
可以说 , 洛伦兹加上庞加莱已经差不多把狭义相对论搞出来了 , 但为什么狭义相对论最后却归属于爱因斯坦呢?
狭义相对论:速度越快,时间越慢!具体是怎么推导出来的?

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【狭义相对论:速度越快,时间越慢!具体是怎么推导出来的?】 
其实在1905年之前 , 爱因斯坦并未和庞加莱有过交集 , 也不清楚庞加莱在相对论方面的工作 , 可以说庞加莱和爱因斯坦是独立完成狭义相对论的基础的 。不过庞加莱在狭义相对论的认识上绝没有爱因斯坦深刻 。庞加莱即便已经临近狭义相对论了 , 但是心中还放不下一个梗 , 那就是以太 。不管是洛伦兹 , 庞加莱还是爱因斯坦 , 谁要能彻底摆脱牛顿力学的束缚 , 谁要能彻底放弃以太 , 那么谁就是狭义相对论最后的踹门者!
遗憾的的是 , 洛伦兹和庞加莱还没有意识到狭义相对论是全新的理论 , 这并不是牛顿力学的延续 。这是关于时空观更本质的理论 。有人认为相对论只是牛顿力学在高速情况下的扩充 , 而我更相信牛顿力学只是相对论在低速情况下的近似 。牛顿力学只是相对论的真子集!
我们都知道狭义相对论有两个基本假设第一个:物理学在一切惯性参考系中都具有相同的数学表达形式 , 也就是说 , 所有惯性系对于描述物理现象都是等价的 。就是不管你地上做实验 , 还是在相对于地面匀速直线运动的火车上做实验 , 其相同的实验结果也必然是相同的 。正是由于该假设 , 也就造成了狭义相对论只适用于惯性系!
还有一个假设就是光速不变原理 。前面已经讲了很多了 , 光速不变是理论和实验的共同结果 。光速不变也就意味着 , 不管你跑向光线观测光速和远离光线观测光速都是一个恒定的值 , 测量出的合速度并不是你的运动速度加减光速 , 光速不会因为观测者的运动而改变!


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